本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種脈沖同步合成準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器。

背景技術(shù)：

高功率全光纖激光器由于其光束質(zhì)量好、集成度高、轉(zhuǎn)換效率高等諸多的優(yōu)異特性，近年來(lái)在工業(yè)加工、國(guó)防軍事、醫(yī)療、3D打印等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)打孔，焊接等領(lǐng)域，其相比于在該領(lǐng)域應(yīng)用已久的傳統(tǒng)燈泵YAG激光具有更高的電光轉(zhuǎn)換效率、更高的光束質(zhì)量、更少的維護(hù)成本。高功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器是現(xiàn)有的燈泵YAG激光器的完美替代品。因此、高功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器是點(diǎn)焊、縫焊和鉆孔等需要長(zhǎng)脈寬、高峰值功率的工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。此外高功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器在激光去除、劃線、精密加工、激光增材制造等領(lǐng)域也表現(xiàn)出優(yōu)異性能。

但是受限于光纖光柵器件耐受能力，半導(dǎo)體激光器可承受的調(diào)制能力以及自身的輸出功率水平，諧振腔可注入的泵浦功率，泵浦亮度等諸多因素限制，目前單個(gè)準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器產(chǎn)品的輸出平均功率限制在百瓦量級(jí)。但是隨著應(yīng)用需求的增加，對(duì)準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器的技術(shù)指標(biāo)要求也越來(lái)越高，尤其在對(duì)其平均功率提出了較高的要求，如對(duì)于較厚高反材料的加工應(yīng)用，需要更高的平均功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種脈沖同步合成準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供了一種脈沖同步合成準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器，包括激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源、多臺(tái)光纖激光器以及合束器，所述激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源對(duì)多臺(tái)光纖激光器進(jìn)行同步準(zhǔn)連續(xù)調(diào)制；所述多臺(tái)光纖激光器參數(shù)一致且與激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源并行連接，經(jīng)所述同步準(zhǔn)連續(xù)調(diào)制而輸出準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光；所述合束器將多臺(tái)光纖激光器的準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光合束輸出。

優(yōu)選地，每臺(tái)光纖激光器包括多個(gè)半導(dǎo)體激光器、泵浦合束器、諧振腔和包層光濾除器；所述多個(gè)半導(dǎo)體激光器串行連接且參數(shù)一致，半導(dǎo)體激光器的輸出端連接至泵浦合束器，泵浦合束器連接諧振腔，諧振腔連接包層光濾除器，包層光濾除器的輸出端連接合束器的泵浦臂；多臺(tái)光纖激光器的半導(dǎo)體激光器、泵浦合束器、諧振腔和包層光濾除器的參數(shù)一致；所述激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源開(kāi)啟，其對(duì)多個(gè)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行同步準(zhǔn)連續(xù)調(diào)制，半導(dǎo)體激光器同步輸出準(zhǔn)連續(xù)脈沖泵浦光，準(zhǔn)連續(xù)脈沖泵浦光由泵浦合束器合束后導(dǎo)入諧振腔，準(zhǔn)連續(xù)脈沖泵浦光在諧振腔中振蕩形成準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光并輸出至包層光濾除器，經(jīng)包層光濾除器濾除包層光后輸入合束器的泵浦臂，合束器將準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光合束并由其輸出端輸出。

優(yōu)選地，所述諧振腔包括依次連接的高反光纖光柵、增益光纖和低反光纖光柵；多臺(tái)光纖激光器的高反光纖光柵、增益光纖和低反光纖光柵的參數(shù)一致。

優(yōu)選地，相鄰兩個(gè)半導(dǎo)體激光器的電極相互連接。

優(yōu)選地，相對(duì)于單臺(tái)光纖激光器輸出的準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光，合束器輸出端輸出的準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光的脈沖重復(fù)頻率不增加，平均功率和峰值功率成倍提高。

優(yōu)選地，所述激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源關(guān)閉，半導(dǎo)體激光器輸出連續(xù)泵浦光，連續(xù)泵浦光經(jīng)泵浦合束器進(jìn)入諧振腔，連續(xù)泵浦光在諧振腔中振蕩形成連續(xù)激光，并經(jīng)包層光濾除器濾除包層光后輸入合束器，合束器將連續(xù)激光合束輸出。

優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體激光器內(nèi)部為單管耦合，帶尾纖輸出，額定功率不低于75W。

優(yōu)選地，所述激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源的輸出信號(hào)脈沖長(zhǎng)度0.01～100ms，調(diào)制頻率100～500000Hz，工作在準(zhǔn)連續(xù)狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述合束器為N×1型合束器，N為光纖激光器的臺(tái)數(shù)，N≥3。

優(yōu)選地，所述泵浦合束器為M×1型合束器，M為每臺(tái)光纖激光器中的半導(dǎo)體激光器個(gè)數(shù)。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的脈沖同步合成準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器具有以下有益效果：

(1)將多臺(tái)輸出參數(shù)一致的光纖激光器進(jìn)行脈沖同步合成，其生成的準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光重復(fù)頻率不變，平均功率和峰值功率得到有效提升，并且不會(huì)明顯惡化光束質(zhì)量，可以應(yīng)用到工業(yè)切割、焊接、打孔等領(lǐng)域，易于實(shí)行商業(yè)化生產(chǎn)，且維護(hù)成本低。

(2)可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光和連續(xù)激光的輸出，具備兩種工作模式，通過(guò)開(kāi)關(guān)激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源即可實(shí)現(xiàn)兩種模式第切換，應(yīng)用面廣，一機(jī)兩用，方便快捷。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的脈沖同步合成準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

【符號(hào)洗明】

01-激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源；10、20、30-光纖激光器；40-合束器；50-輸出端；

11、12、13、14、15、16、17、21、22、23、24、25、26、27、31、32、33、34、35、36、37-半導(dǎo)體激光器；

110、210、310-泵浦合束器；111、211、311-高反光纖光柵；112、212、312-低反光纖光柵；113、213、313-包層光濾除器；114、214、314-增益光纖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的脈沖同步合成準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器，采用激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源統(tǒng)一控制各單臺(tái)光纖激光器的泵浦源，各單臺(tái)光纖激光器的參數(shù)一致以保障輸出的脈沖光參數(shù)同步一致，各單臺(tái)光纖激光器的輸出脈沖激光經(jīng)合束器合束后同步疊加。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的脈沖同步合成準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器，包括一激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01、三臺(tái)參數(shù)一致的光纖激光器10、20和30、以及一合束器40，激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01包括三組電極，并行向三臺(tái)光纖激光器的泵浦源統(tǒng)一同步供給調(diào)制電源，三臺(tái)光纖激光器的輸出端與合束器40的泵浦臂相連接，合束器的輸出端50輸出脈沖同步合束的準(zhǔn)連續(xù)激光。

三臺(tái)參數(shù)一致的光纖激光器10、20和30串聯(lián)在一起，每臺(tái)光纖激光器包括七個(gè)半導(dǎo)體激光器、一泵浦合束器、一諧振腔和一包層光濾除器。具體來(lái)說(shuō)，光纖激光器10包括串行連接的半導(dǎo)體激光器11、半導(dǎo)體激光器12、半導(dǎo)體激光器13、半導(dǎo)體激光器14、半導(dǎo)體激光器15、半導(dǎo)體激光器16和半導(dǎo)體激光器17，其中相鄰兩個(gè)半導(dǎo)體激光器的電極相互連接，半導(dǎo)體激光器11的一個(gè)電極連接半導(dǎo)體激光器12的一個(gè)電極，其另一個(gè)電極連接激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01的一個(gè)電極，半導(dǎo)體激光器17的一個(gè)電極連接半導(dǎo)體激光器16的一個(gè)電極，其另一個(gè)電極也連接激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01的一個(gè)電極，激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01提供單獨(dú)一路電源供電驅(qū)動(dòng)。上述七個(gè)半導(dǎo)體激光器的輸出端連接至泵浦合束器110，諧振腔包括依次連接的高反光纖光柵111、增益光纖114和低反光纖光柵112，泵浦合束器110的輸出端連接高反光纖光柵111，低反光纖光柵112的非反射端連接包層光濾除器113。

半導(dǎo)體激光器作為光纖激光器的泵浦源，其采用直流電源供電，可用激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出相應(yīng)的脈沖光，脈沖光通過(guò)泵浦合束器110注入到諧振腔中，諧振腔中可注入不低于500W的平均泵浦功率。各半導(dǎo)體激光器的型號(hào)參數(shù)一致，其內(nèi)部為單管耦合，帶尾纖輸出，額定功率不低于75W，尾纖纖徑優(yōu)選100μm，數(shù)值孔徑優(yōu)選0.15。

泵浦合束器110為7×1型合束器，其輸入光纖參數(shù)與半導(dǎo)體激光器的尾纖參數(shù)一致，單臂耐受平均功率不低于200W，其輸出信號(hào)纖與諧振腔中的高反光纖光柵、低反光纖光柵和增益光纖的纖徑和數(shù)值孔徑參數(shù)一致。

高反光纖光柵111和低反光纖光柵112都為全光纖器件，二者纖芯與數(shù)值孔徑參數(shù)一致。高反光纖光柵111對(duì)激光波長(zhǎng)的反射率不低于99.5％，耐受平均功率不低于1000W。低反光纖光柵112對(duì)激光波長(zhǎng)的反射率約為10％，耐受平均功率不低于1000W。增益光纖的長(zhǎng)度滿足泵浦功率的充分吸收。諧振腔內(nèi)注入500W平均功率泵浦光，可輸出350W左右的激光。經(jīng)過(guò)調(diào)制的脈沖光泵浦時(shí)，其對(duì)應(yīng)的泵浦光和激光平均功率值仍可保持70％左右的轉(zhuǎn)換效率。

類似地，光纖激光器20包括串行連接的半導(dǎo)體激光器21、半導(dǎo)體激光器22、半導(dǎo)體激光器23、半導(dǎo)體激光器24、半導(dǎo)體激光器25、半導(dǎo)體激光器26和半導(dǎo)體激光器27，半導(dǎo)體激光器21的一個(gè)電極連接半導(dǎo)體激光器22的一個(gè)電極，其另一個(gè)電極連接激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01的一個(gè)電極，半導(dǎo)體激光器27的一個(gè)電極連接半導(dǎo)體激光器26的一個(gè)電極，其另一電極也與激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01的一個(gè)電極相連，激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01提供單獨(dú)一路電源供電驅(qū)動(dòng)。上述七個(gè)半導(dǎo)體激光器的輸出端連接至泵浦合束器210，諧振腔包括依次連接的高反光纖光柵211、增益光纖214和低反光纖光柵212，泵浦合束器210的輸出端連接高反光纖光柵211，低反光纖光柵212的非反射端連接包層光濾除器213。

光纖激光器30包括串行連接的半導(dǎo)體激光器31、半導(dǎo)體激光器32、半導(dǎo)體激光器33、半導(dǎo)體激光器34、半導(dǎo)體激光器35、半導(dǎo)體激光器36和半導(dǎo)體激光器37，半導(dǎo)體激光器31的一個(gè)電極連接半導(dǎo)體激光器32的一個(gè)電極，其另一個(gè)電極連接激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01的一個(gè)電極，半導(dǎo)體激光器37的一個(gè)電極連接半導(dǎo)體激光器36的一個(gè)電極，其另一個(gè)電極連接激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01的一個(gè)電極，激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01提供單獨(dú)一路電源供電驅(qū)動(dòng)。上述七個(gè)半導(dǎo)體激光器的輸出端連接至泵浦合束器310，諧振腔包括依次連接的高反光纖光柵311、增益光纖314和低反光纖光柵312，泵浦合束器310的輸出端連接高反光纖光柵311，低反光纖光柵312的非反射端連接包層光濾除器313。

包層光濾除器113、213和313的輸出端分別連接合束器40的泵浦臂。合束器40為高功率信號(hào)光合束縛器，其為3×1型，單臂耐受平均功率不低于750W，耐受脈沖峰值功率MW量級(jí)，總體透過(guò)率不低于97％，每個(gè)泵浦臂的光纖長(zhǎng)度一致。

光纖激光器20和30的七個(gè)半導(dǎo)體激光器參數(shù)與光纖激光器10的半導(dǎo)體激光器參數(shù)一致，光纖激光器20和30的泵浦合束器210、310與光纖激光器10的泵浦合束器110參數(shù)一致，光纖激光器20和30的諧振腔與光纖激光器10的諧振腔參數(shù)也一致，其腔長(zhǎng)一致，其高反光纖光柵211和311、低反光纖光柵212和312以及增益光纖214和314的參數(shù)與光纖激光器10的相應(yīng)部件參數(shù)一致，增益光纖的摻鐿離子濃度一致，長(zhǎng)度一致，纖徑和數(shù)值孔徑一致，纏繞方式一致。光纖激光器20和30的包層光濾除器213、313與光纖激光器10的包層光濾除器113參數(shù)也一致。

激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01，用于給三臺(tái)光纖激光器的所有串聯(lián)的半導(dǎo)體激光器統(tǒng)一同步供電，其輸出的調(diào)制信號(hào)對(duì)所有半導(dǎo)體激光器進(jìn)行同步準(zhǔn)連續(xù)調(diào)制，使半導(dǎo)體激光器同步輸出準(zhǔn)連續(xù)脈沖泵浦光。

激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01單路可輸出不低于200V的電壓，不低于15A的電流，調(diào)制脈沖長(zhǎng)度為0.01～100ms，調(diào)制脈沖重復(fù)頻率為100～500000Hz的調(diào)制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器工作于準(zhǔn)連續(xù)狀態(tài)。激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01的脈沖長(zhǎng)度、調(diào)制頻率等參數(shù)可調(diào)，并且同步給各半導(dǎo)體激光器供電驅(qū)動(dòng)。

本發(fā)明的脈沖同步合成準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器，激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01對(duì)各光纖激光器的所有半導(dǎo)體激光器進(jìn)行同步準(zhǔn)連續(xù)調(diào)制，在同一調(diào)制電源的同步準(zhǔn)連續(xù)調(diào)制下，光纖激光器10的半導(dǎo)體激光器11、半導(dǎo)體激光器12、半導(dǎo)體激光器13、半導(dǎo)體激光器14、半導(dǎo)體激光器15、半導(dǎo)體激光器16和半導(dǎo)體激光器17同步輸出準(zhǔn)連續(xù)脈沖泵浦光，上述各半導(dǎo)體激光器輸出的準(zhǔn)連續(xù)脈沖泵浦光由泵浦合束器110導(dǎo)入到由高反光纖光柵111、低反光纖光柵112和增益光纖114組成的諧振腔中，準(zhǔn)連續(xù)脈沖泵浦光在諧振腔中振蕩形成準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光，并由低反光柵112的非反射端輸出至包層光濾除器113，經(jīng)包層光濾除器113濾除包層光后輸入合束器40的泵浦臂。

光纖激光器20、30的工作過(guò)程與光纖激光器10相同，其各自形成的準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光也同步輸入合束器40的泵浦臂，光纖激光器10、20、30的準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光經(jīng)合束器40合束后由輸出端50輸出。

三臺(tái)光纖激光器的同步準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光參數(shù)一致，三個(gè)準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光合束后，時(shí)間上同步疊加，脈沖重復(fù)頻率不增加，相對(duì)于單臺(tái)光纖激光器的準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光，輸出端50輸出的準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光的平均功率會(huì)相應(yīng)的增加三倍，峰值功率也相應(yīng)提高三倍。按上述光纖激光器的功率參數(shù)合束，可以總?cè)肷洳坏陀?050W的同步準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光，經(jīng)過(guò)合束器40可以得到千瓦級(jí)的準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光輸出，可應(yīng)用于較厚金屬材料的打孔、焊接、切割。

由此可見(jiàn)，本發(fā)明的脈沖同步準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器，可以將多臺(tái)輸出參數(shù)一致的光纖激光器進(jìn)行脈沖同步合成，其生成的準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光重復(fù)頻率不變的，平均功率和峰值功率得到有效提升，并且不會(huì)明顯惡化光束質(zhì)量。該激光器可以應(yīng)用到工業(yè)切割、焊接、打孔等領(lǐng)域，易于實(shí)行商業(yè)化生產(chǎn)，且維護(hù)成本低。

本發(fā)明的脈沖同步準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器，除了工作于上述脈沖激光輸出模式外，也可以工作于連續(xù)激光輸出模式。將激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01關(guān)閉，使激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01停止輸出調(diào)制信號(hào)，則各光纖激光器的半導(dǎo)體激光器輸出連續(xù)泵浦光，與脈沖激光輸出模式類似，連續(xù)泵浦光經(jīng)泵浦合束器110進(jìn)入諧振腔，連續(xù)泵浦光在諧振腔中振蕩形成連續(xù)激光，并經(jīng)包層光濾除器113濾除包層光后輸入合束器40，合束器40將連續(xù)激光合束輸出。本發(fā)明的脈沖同步準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)脈沖激光和連續(xù)激光的輸出，具備兩種工作模式，通過(guò)開(kāi)關(guān)激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01即可實(shí)現(xiàn)兩種模式第切換，應(yīng)用面廣，一機(jī)兩用，方便快捷。

雖然以上實(shí)施例介紹的脈沖同步準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器包括三臺(tái)光纖激光器，每臺(tái)光纖激光器包括七個(gè)半導(dǎo)體激光器，但本發(fā)明并不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然明白，脈沖同步準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器可以包括三臺(tái)以上的光纖激光器，激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源包括多組電極并行向多臺(tái)光纖激光器統(tǒng)一同步供給調(diào)制電源，相應(yīng)地合束器40可以為N×1型合束器，N為光纖激光器的臺(tái)數(shù)，每臺(tái)光纖激光器的半導(dǎo)體激光器個(gè)數(shù)可以增減，相應(yīng)地泵浦合束器110為M×1型合束器，M為每臺(tái)光纖激光器的半導(dǎo)體激光器個(gè)數(shù)，通過(guò)改變激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源01的輸出功率驅(qū)動(dòng)多臺(tái)光纖激光器。

本發(fā)明的脈沖同步準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器，也適用于通過(guò)激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制電源調(diào)制的其他脈沖激光合成。泵浦形式也可以采用反向泵浦結(jié)構(gòu)或雙向泵浦結(jié)構(gòu)。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明的脈沖同步準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器有了清楚的認(rèn)識(shí)。

需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，上述對(duì)各元件的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如：

(1)實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍；

(2)上述實(shí)施例可基于設(shè)計(jì)及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實(shí)施例混合搭配使用，即不同實(shí)施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實(shí)施例。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。